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2008/04/11

高精度細長軸的特殊磨削方法及事項

高精度細長軸的特殊磨削方法及事項

細長軸通常指長度與直徑之比大於12的工件。其加工難度較大,主要是其加工剛性很差,磨削時,因磨削力和工件自重的作用,易在橫向產生彎曲變形,磨出的工 件呈現腰鼓形;磨削時易振動出現縱向振痕;此外,中心孔稍有偏差,工件就會產生橢圓形,兩頂尖連線與縱向行程稍不平行就會產生錐形等。傳統的方法是使用中 心架,但調整很不方便,現行的仿形法和成形法對單件、小批生產又不經濟。本文介紹凹形砂輪磨削法和趕刀磨削及多刃磨削法以解決上述的問題。
1 凹形砂輪磨削法
圖1所示為一精密細長軸,磨削時將砂輪修整成凹形並用特殊的小彈性頂尖,見圖2,這樣,可減少砂輪與工件的接觸面積,又因砂輪整體寬度不變,可減少細長軸在旋轉中產生的自激振動。


圖1 工件


圖2 特殊頂尖


砂輪的選擇 見表1
切削用量的選擇 見表2


2 趕刀磨削和多刃磨削法
將 砂輪修成階梯狀,因精度較高,一般分2~3級;又因要求表面粗糙度值較低,階梯深度一般取最小深度為0.01~0.02mm,且最後一個階梯應寬一些, 見圖3。總之,因多刃磨削,可增大磨削量,提高生產率,又因相對減少了砂輪寬度,從而減少了磨削壓力,保證了工件質量。砂輪的選擇與切削用量的選擇同表 1、3。


圖3 階梯狀砂輪

3 注意事項
為了更好地利用上述兩種方法,磨削精度要求較高的細長軸還需注意下述事項:
不宜使用單爪撥盤 因為單爪撥盤在傳動中傳動力與切削力方向有時相同,有時相反,易造成工件圓柱度超差,故可採用雙爪撥盤平衡傳動力,以消除該項誤差。
橫向進給量 工作台每往復一次的橫向進給應小於或接近於砂輪最小階梯寬,必須指出,磨削用量與零件材料和砂輪材料有關,在確定磨削用量時要加以考慮。
轉速 轉速應選擇低一些,這是為了減少細長軸旋轉而產生的振動。此外,工作台縱向速度較大,可將一部分切削力轉化為軸向力,從而減小徑向力。
消除工件殘餘應力 精磨前要經過校直和消除應力處理,減少工件彎曲應力。
工件磨好後要吊直 為了保證細長軸的加工精度,工件一定要垂吊,否則會因為工件本身的自重而使其產生彎曲。另外,工件裝夾在兩頂尖上的時間不能過長,特別是磨削將要結束時工件余量已經很少,易因工件彎曲而報廢。
冷卻液 為了減少細長軸磨削時的熱變形,工件應得到充分冷卻,但水流不能太急,應加大噴嘴出水流量。
尺寸控制 精磨工件在只剩0.02~0.03mm余量時,不要急於求成,要對工件質量狀況全面分析之後,再繼續終磨至尺寸。


-- 作者:jadesnow
-- 發佈時間:2007-4-20 8:51:00

-- 高效簡易高精度磨削細長軸的新工藝
在普通外圓磨床上超精磨削細長軸一直是老大難問題,特別是,當工件的長徑比超過30(L/D>30)時,尤為困難。美國中小型機械修造公司(廠)的長期實踐表明,只要檢修、調整好普通外圓磨床,合理地選擇砂輪、磨削用量和工藝過程,就能滿足細長軸的技術要求。


圖1 砂輪形狀

1 磨削前的幾項準備工作

圖1 砂輪形狀
校直
細長軸校直方法有熱校和冷校兩種方法,熱校比冷校理想。校直後的彎曲度應控制在工件每1000mm長度,其彎曲度在0.15mm以內。
中心孔
中心孔是細長軸的基準、細長軸經過熱處理後,中心孔將會產生變形,應對中心孔進行研磨,使其60°錐孔和圓度達到標準要求。
檢修機床
保證檢修後的外圓磨床各項精度達到出廠時指標。
調整機床
主要是調整頭架與尾架間的中心距離。將工件頂在兩頂尖間,用手旋轉工件。感覺不松不緊為好,如果尾座頂尖是彈簧式的,可使彈簧頂尖壓縮0.5~2mm,再頂住工件中心孔。
檢查工件
兩頂尖頂住工件,先用百分表對細長軸的全長作徑向跳動檢查,特別是對中間彎曲度最大的地方,觀察其跳動量方向是否一致。然後再用千分尺檢查工件的磨削余量和各項尺寸。細長軸的磨削余量取較小值為宜。
2 砂輪及磨削用量的選擇
砂輪的選擇
根 據細長軸材料的不同,選擇不同磨料、硬度、粒度的砂輪,這是很重要的。磨細長軸的砂輪硬度應稍軟,粒度應稍粗。砂輪的形狀如圖1所示,中間呈凹形,因為 中凹形砂輪不但可減少砂輪與工件的接觸面積,而且砂輪整體寬度不變,可以減少細長軸在旋轉中產生自激振動,砂輪的選擇見表1。

切削用量的選擇
從表2中可以看出細長軸磨削的幾個特點:
修整砂輪的走刀量S、切深t均比一般磨削大,可使砂輪的表面比較粗糙,以增強切削性能;
磨削時工件的轉速較低,精磨時更低,這是為了減少細長軸因旋轉而產生的振蕩,而走刀量較大,以便將一部分切向力轉化為軸向力,減少徑向力Py;
磨削時切深t用雙行程來達到。因工件轉速低,工件表面與砂輪表面在單位時間內和單位面積上的接觸就相應地減少,可用往復一次或數次來彌補。
合理使用中心架
除 了合理地選擇中心架的數量之外,主要是在磨削過程中合理地調整中心架的兩個支片:用塗色法來觀察支片前端與工件表面接觸與否;用手摸支片前端與工件表面 是否接觸;看火花,當工件、砂輪、支片三者位置一致時,用手調整支片,並觀察火花是否增大。對於高精度、低粗糙度的細長軸磨削,應分粗、精磨。在精磨前應 再進行一次砂輪修整,目的是要磨出大量的等高微刃(圖2),先是用鋒利的金剛石筆(圖3),以很小而均勻的進給量精密地修整砂輪,然後用油石(用平面磨床 磨平)或精車後的砂輪以很小而均勻的進給量進行細密地修整砂輪而獲得。同時將工件放鬆,在兩頂尖中心孔內放黃油,並放鬆中心架,使兩支片不接觸工件。然後 再重新調整中心架的兩個支片,方法如圖4所示。百分表沿直徑方向頂住工件,調整支片,當工件與支片接觸,百分表立即有反應,這樣我們就可控制支片的前後位 置。
改進中心架的結構
一般中心架支片轉動的絲槓螺距較大,每旋轉一周進給量在1.25~2mm。我們利用中心架原有結構,增加一套差動絲槓,使支片後部的螺母在旋轉一周時,支片移動量為0.1mm,提高了支片調整精度。

3 控制彎曲度的措施
細 長軸的精度主要是由彎曲度、圓度、粗糙度等決定,而彎曲度和粗糙度是一個矛盾體:粗糙度在Ra0.2以上,砂輪的擠壓力大,Py力也大,使工件產生彎 曲,而細長軸磨削中的中心架調整又往往難以控制。因此,對於磨削高精度、低粗糙度的細長軸來說,的確是一個老大難問題。為此,可以應用萬能表中的μA電流 通與不通的測量原理,來測量工件與支片接觸情況。先將中心支架的兩支片做些改進(見圖5),在支片前端分別裝上導電的銅塊,再用電線 與萬能表一端接(+)極,另一端接(-)極,(+)極與中心架相連,(-)極與尾架相通,當工件與支片相接時,萬能表的旋轉開關撥至100kΩ時,指針立 即轉動,表明整個電路相通了,其靈敏度很高,指針從0到最大讀數值之間的擺動值為中心架支片上的移動量4μm,當萬能表調整到10kΩ時,指針的擺動值為 0.001mm。用這種控制方法來控制中心架支片與工件的接觸,再加上「差動微調結構」來磨削高精度、低粗糙度值的細長軸,是一種比較理想的方法。這種方 法就像超精磨床上的磨削指示儀那樣,隨時知道切削力、擠壓力的大小。對於提高磨削精度,降低粗糙度值都較為有利。


圖5 中心支架兩支片的改進

 

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